Souboj baterií: Nahradíme lithiové baterie s pomocí umělé inteligence?
Zatím dominantní Li-ion baterie jsou drahé a navíc spotřebovávají enormní množství nerostů, jejichž těžba se musí dlouho připravovat a navíc velmi zatěžuje životní prostředí. Umělá inteligence navrhuje náhradní materiály s neobvyklou rychlostí, a tak lze brzy čekat průlomová řešení. Pojďme se podívat na další díl souboje baterií.
Nezadržitelný nástup epochy ukládání energie do baterií nejlépe uvidíte na šesti grafech, které by se výmluvně daly shrnout následovně: počet prodaných baterií strmě stoupá, zatímco jejich cena klesá a energetická hustota roste. Baterie se dominovým efektem přelévají z primárního segmentu elektronických zařízení do výroby automobilů, stacionárních úložišť a dalších segmentů. Pojďme se podívat na novinky, které se teprve nalézají na rýsovacích prknech inženýrů, a které budou pohánět další překotný rozmach doby bateriové.
Jednou z prvních novinek, která slibuje zlevnění baterií, jsou technologie na bázi sodíku (Na), tedy Na-ion baterie. Připomeňme si, že Na-ion baterie slibují cenově dostupnější alternativy k populárním a trhu zatím dominujícím Li-ion bateriím. Začátkem minulého roku oznámil přední čínský výrobce baterií CATL, že plánuje dodávat Na-ion baterie čínskému výrobci elektromobilů Chery. V rychlém sledu navazuje CATL prohlášením, že postaví spolu s jinou čínskou automobilkou BYD továrnu na jejich výrobu.
Obdobnou továrnu plánuje postavit trochu paradoxně i samotný BYD, a to ve spolupráci s východočínskou motoskupinou Huaihai Group. Pozadu nezůstává ani švédská firma Northvolt, která koncem minulého roku prohlásila, že úspěšně ukončila vývoj Na-ion baterie o kapacitě 160 Wh/kg. Northvolt na rozdíl od čínské konkurence předpokládá, že první generace baterií Na-ion bude sloužit pro statické uložení elektrické energie a teprve další generace vyzbrojí elektroauta.
Ač jsou baterie Li-ion na trhu hodně dlouho, jsou v krátkodobém horizontu nejslibnějším kandidátem pro nejvýkonnější baterie. Výzkumné a vývojové týmy optimalizují složení klíčových prvků baterie Li-ion (anoda, katoda, separátor a elektrolyt) s cílem maximalizovat energetickou hustotu, počet nabíjecích cyklů a teplotní rozsah. Vedlejším produktem snah výzkumníků při hledání nových materiálů je omezení užití kovů jako lithium, kadmium, nikl a dalších, bez kterých se Li-ion baterie často neobejdou. Mnohé z těchto kovů jsou nejenom obtížně dostupné, ale jejich těžba neúnosně zatěžuje životní prostředí.
Odborníkům ze společností Microsoft a Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) se za pomocí umělé inteligence podařilo vybrat z ohromujících 32 milionů anorganických materiálů na náhradu lithia za pouhý týden 18 slibných kandidátů. I když výzkumníky čeká ještě hodně práce, než lithium v bateriích skutečně nahradí novým materiálem, v současné době je vzrušuje rychlost, s jakou technologie AI slibné materiály třídí.
Jednu z prvních optimalizovaných Li-ion baterií uvádí na trh opět společnost CATL, která se pochlubila baterií, jež zvládne na desetiminutové nabití pohánět elektroauto na vzdálenost 400 km, a na plné nabití pak na vzdálenost 700 km. Vzdálenost 700 km představuje pro řidiče již velmi komfortní dojezd. Dalším příkladem jsou baterie Li-S (lithium – síra), které slibují až dvojnásobné energetické hustoty oproti tradičním Li-ion bateriím.
Horkým kandidátem na opravdovou super baterii je ale ta, u které se nahradí tekutý elektrolyt, ve kterém se ionty pohybují, elektrolytem pevným, tzv. „solid state“. I když se jedná o pevnou složku, ionty lithia se v ní pohybují stejně dobře jako v tekuté. Nápad nahradit tekutý elektrolyt pevným však není nový. Díky rostoucímu zájmu o baterie a jejich využití se výrazně akceleruje hledání vhodných pevných elektrolytů, a to i za pomocí výše zmíněných technologií AI. Pevné elektrolyty jsou na rozdíl od tekutých bezpečné, i když jsou vystaveny vysokým teplotám. Další výhodou je vyšší energetická hustota. Jedním z průkopníků pevných elektrolytů je i francouzská firma Saft.
O pevné elektrolyty se intenzivně zajímají automobilky, které se díky obtížně uhasitelným požárům elektroaut nechtěně dostávají na přední stránky médií. Jako příklad nám může posloužit německý Volkswagen, který aktivně investuje do nadějných firem, vyvíjející baterie s pevným elektrolytem.
Vývoj nových baterií je slibně rozjetý a v horizontu následujících pěti deseti let budou uvedeny na trh nové produkty, které mají obrovský potenciál nás osvobodit nejen od dobíjecích stanic, ale i distribučních sítí energetických společností.
Ivo Procházka, odborník na digitální transformaci